一种车载桥面裂痕检测系统及其方法

1.本发明涉及桥梁病害检测技术领域，尤其是涉及一种车载桥面裂痕检测系统及其方法。


背景技术：

2.近年来随着我国工业化进程的加快，特大型工业设备运输、集装箱运输、矿山特种车辆以及私自改装重型车辆的运行，都给现有桥梁的安全使用造成威胁。现有道路上的桥梁由于营运使用多年，主要部分容易出现裂缝、错位或沉降等缺陷，为此有必要对桥梁进行相关病害检测，以了解各部位损坏程度、核定桥梁承载能力，为桥梁的维修加固提供必要的依据。
3.现有技术对桥梁整体进行病害(包括起泡，裂纹，锈蚀等)检测时，由于检测种类较多，不同的病害有不同精度要求，导致实际检测需要耗费较长时间，尽管对桥体病害检测集成度较高，但是检测速度较慢，需要定期维护检测装置，部分特殊的爬行检测装置成本过高、机构复杂。此外，现有的定点检测型装置则需要人工安装在选定地点进行检测，拆装较为不便。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车载桥面裂痕检测系统及其方法，能够方便、快速、准确地对桥面裂痕进行检测。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种车载桥面裂痕检测系统，包括挂载在车辆上的摄像头，所述摄像头与车内端机装置连接，所述摄像头用于实时扫描拍摄桥面图像，并将拍摄的桥面图像传输至车内端机装置；
6.所述车内端机装置用于控制摄像头的工作状态，以及对桥面图像进行裂痕检测，若检测出存在裂痕，则在电子地图上标记裂痕及其位置信息、并展示给用户。
7.进一步地，所述车内端机装置包括裂痕检测单片机、显示屏、电源和定位单元，所述电源分别与裂痕检测单片机、显示屏和定位单元相连接，所述显示屏和定位单元分别与裂痕检测单片机连接，所述裂痕检测单片机用于控制摄像头的工作状态，对桥面图像进行裂痕检测，并从定位单元获取当前桥面图像对应的位置信息，以及在电子地图上标记检测到的裂痕及其位置信息；
8.所述显示屏用于展示电子地图给用户。
9.进一步地，所述裂痕检测单片机包括采集模块、处理模块和存储模块，所述采集模块的输入端分别与摄像头、定位单元连接，所述采集模块的输出端与处理模块连接，所述处理模块与存储模块连接，所述存储模块更新存储有电子地图；
10.所述采集模块用于控制摄像头采集实时桥面图像，以及从定位单元获取实时桥面图像对应的当前位置信息；
11.所述处理模块通过裂痕检测算法，对采集模块输出的桥面图像进行裂痕检测，若
检测出存在裂痕，则从存储模块获取电子地图、并在电子地图上标记裂痕及其位置信息。
12.进一步地，所述处理模块与显示屏连接，以将标记有裂痕及其位置信息的电子地图传输给显示屏进行展示。
13.进一步地，所述定位单元具体为gps惯导组合定位模块。
14.进一步地，所述摄像头安装在车辆后车厢的顶部，并且镜头朝下。
15.一种车载桥面裂痕检测方法，包括以下步骤：
16.s1、根据裂痕检测单片机输出的控制指令，摄像头实时扫描拍摄桥面图像，并将拍摄的桥面图像传输至裂痕检测单片机；
17.s2、基于预先训练好的裂痕识别模型，由裂痕检测单片机对桥面图像进行裂痕识别检测，若检测出存在裂痕，则执行步骤s3，否则返回步骤s1；
18.s3、裂痕检测单片机从定位单元获取当前桥面图像对应的位置信息、从存储模块获取当前电子地图；
19.之后在电子地图上标记裂痕及其位置信息；
20.s4、裂痕检测单片机将标记处理后的电子地图传输给显示屏进行展示。
21.进一步地，所述步骤s2中裂痕识别模型的训练过程包括：
22.s21、预先获取桥面裂痕病害样本图像和桥面非裂痕病害样本图像；
23.s22、采用改进的lbp(local binary patterns，局部二值模式)算法，对桥面裂痕病害样本图像和桥面非裂痕病害样本图像进行图像特征提取，得到对应的lbp特征直方图，进而建立lbp纹理特征数据库，以分别存放桥面裂痕病害数据和非裂痕病害数据；
24.s23、利用lbp纹理特征数据库对神经网络进行训练，得到训练好的裂痕识别模型。
25.进一步地，所述步骤s22中采用改进的lbp算法进行图像特征提取的具体过程为：设定lbp算子的窗口尺寸，以窗口中心像素作为阈值，将中心像素点相邻的四个斜角位置的像素的灰度值与阈值进行比较，若该斜角位置的像素值大于阈值，则该斜角位置的像素点被标记为1，否则标记为0，由此，lbp算子窗口邻域内的四个斜角位置像素点经过比较可得到4位二进制数，即得到该lbp算子窗口中心像素点的lbp值，以反映图像中该区域的纹理特征。
26.进一步地，所述步骤s2中裂痕检测单片机对桥面图像进行裂痕识别检测的具体过程为：采用改进的lbp算法，对桥面图像进行图像特征提取，得到对应的桥面lbp特征直方图，将桥面lbp特征直方图输入训练好的裂痕识别模型，输出得到该桥面图像的裂痕识别检测结果。
27.与现有技术相比，本发明通过在车辆上安装用于采集桥面图像的摄像头，并将摄像头与车内端机装置相连接，利用车内端机装置控制摄像头的工作状态，以及对桥面图像进行裂痕检测，若检测出存在裂痕，则在电子地图上标记裂痕及其位置信息、并展示给用户，将车载摄像头与车内的检测系统结合，使得检测系统能够实时进行移动检测，与传统定点架构在桥体上的检测仪器相比，不需要人工选点、组装，能够方便快速地进行桥面裂痕病害检测。
28.本发明基于改进的lbp算法，结合预先采集的桥面裂痕病害与非裂痕病害样本训练得到裂痕识别模型，本发明考虑到实际桥面图像中因为路面上存在一些人工凹槽，而这些凹槽的特征往往体现在水平垂直方向，因此为了提高检测准确度、减少误判，本发明在进
行图像特征提取时，弱化图像中水平垂直方向的纹理特征，仅将四个斜角位置的像素与中心阈值进行比较，由此能够保证从桥面图像中识别检测裂痕的准确性。
29.本发明将车内端机装置中裂痕检测单片机与定位单元、显示屏以及更新存储有电子地图的存储模块连接，当从桥面图像中检测出裂痕时，通过在电子地图上标记裂痕及其位置信息、并通过显示屏进行展示，能够进一步方便用户直观、及时获知当前桥面的裂痕病害检测结果，大大提高实用性。
附图说明
30.图1为本发明的系统结构示意图；
31.图2为本发明的方法流程示意图；
32.图中标记说明：1、摄像头，2、车内端机装置，201、裂痕检测单片机，202、显示屏，203、电源，204、定位单元。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
34.实施例
35.一种车载桥面裂痕检测系统，包括挂载在车辆上的摄像头1，摄像头1与车内端机装置2连接，摄像头1用于实时扫描拍摄桥面图像，并将拍摄的桥面图像传输至车内端机装置2；
36.车内端机装置2用于控制摄像头1的工作状态，以及对桥面图像进行裂痕检测，若检测出存在裂痕，则在电子地图上标记裂痕及其位置信息、并展示给用户。
37.其中，车内端机装置2包括裂痕检测单片机201、显示屏202、电源203和定位单元204，电源202分别与裂痕检测单片机201、显示屏202和定位单元204相连接，以提供电能；
38.显示屏202和定位单元204分别与裂痕检测单片机201连接，裂痕检测单片机201用于控制摄像头1的工作状态，对桥面图像进行裂痕检测，并从定位单元204获取当前桥面图像对应的位置信息，以及在电子地图上标记检测到的裂痕及其位置信息，具体的，裂痕检测单片机201包括采集模块、处理模块和存储模块，采集模块的输入端分别与摄像头1、定位单元204连接，采集模块的输出端与处理模块连接，处理模块与存储模块连接，存储模块更新存储有电子地图；
39.采集模块用于控制摄像头1采集实时桥面图像，以及从定位单元204获取实时桥面图像对应的当前位置信息；
40.处理模块通过裂痕检测算法，对采集模块输出的桥面图像进行裂痕检测，若检测出存在裂痕，则从存储模块获取电子地图、并在电子地图上标记裂痕及其位置信息，处理模块与显示屏202连接，以将标记有裂痕及其位置信息的电子地图传输给显示屏202进行展示。
41.本实施例中，定位单元204具体为gps惯导组合定位模块，摄像头1安装在车辆后车厢的顶部，并且镜头朝下，以能够可靠地跟随车辆移动而实时扫描拍摄到桥面图像。
42.将上述系统应用于实际，以实现一种车载桥面裂痕检测方法，如图2所示，包括以下步骤：
43.s1、根据裂痕检测单片机输出的控制指令，摄像头实时扫描拍摄桥面图像，并将拍摄的桥面图像传输至裂痕检测单片机；
44.s2、基于预先训练好的裂痕识别模型，由裂痕检测单片机对桥面图像进行裂痕识别检测，若检测出存在裂痕，则执行步骤s3，否则返回步骤s1，其中，裂痕识别模型的训练过程包括：
45.s21、预先获取桥面裂痕病害样本图像和桥面非裂痕病害样本图像；
46.s22、采用改进的lbp算法，对桥面裂痕病害样本图像和桥面非裂痕病害样本图像进行图像特征提取，得到对应的lbp特征直方图，进而建立lbp纹理特征数据库，以分别存放桥面裂痕病害数据和非裂痕病害数据；
47.s23、利用lbp纹理特征数据库对神经网络进行训练，得到训练好的裂痕识别模型；
48.需要说明的是，改进的lbp算法进行图像特征提取的过程为：设定lbp算子的窗口尺寸，以窗口中心像素作为阈值，将中心像素点相邻的四个斜角位置的像素的灰度值与阈值进行比较，若该斜角位置的像素值大于阈值，则该斜角位置的像素点被标记为1，否则标记为0，由此，lbp算子窗口邻域内的四个斜角位置像素点经过比较可得到4位二进制数，即得到该lbp算子窗口中心像素点的lbp值，以反映图像中该区域的纹理特征；
49.步骤s2中裂痕检测单片机对桥面图像进行裂痕识别检测的过程为：采用改进的lbp算法，对桥面图像进行图像特征提取，得到对应的桥面lbp特征直方图，将桥面lbp特征直方图输入训练好的裂痕识别模型，输出得到该桥面图像的裂痕识别检测结果；
50.s3、裂痕检测单片机从定位单元获取当前桥面图像对应的位置信息、从存储模块获取当前电子地图；
51.之后在电子地图上标记裂痕及其位置信息；
52.s4、裂痕检测单片机将标记处理后的电子地图传输给显示屏进行展示。
53.综上可知，本技术方案提出了一种针对桥面裂痕的快速、可靠的检测方案，能够通过挂载在车辆上的摄像头对桥面进行扫描，自动检测裂痕，便于后续的桥梁维护，方案中的车内端机装置包含裂痕检测单片机，显示屏，电源，gps惯导组合定位模块，车外搭载的摄像头与车内端机装置相连，用于实时扫描桥面；
54.裂痕检测单片机整合裂痕识别模型、gps惯导组合定位模块，能够在电子地图上标注出裂痕位置，并存储裂痕图像及其位置信息；
55.裂痕检测单片机包括采集模块、处理模块和存储模块：
56.采集模块，单片机控制摄像头采集实时图像，并通过gps惯导组合定位模块获取当前位置；
57.处理模块，单片机通过裂痕识别模块判断是否存在裂痕，将裂痕图像及当前位置存储并标记显示在电子地图中。
58.本技术方案搭载于移动车辆上，能够大幅提高检测效率，同时设备本身组装过程简单，一次组装可以简单快捷地检测较远距离的多座桥梁桥面。基于车载装置的运行速度，可以极大提高检测速度，收集样本训练的裂痕识别模型还可用于其他桥面检测装置，如果不依赖于车载，也可把端机与摄像头安装于其他运输工具上进行检测，以此能偶及时对桥体进行的修护管理，避免引起桥梁坍塌等重大隐患。此外，本技术方案通过改进lbp算法进行桥面图像特征提取，能够有效提高桥面裂痕的检测精度，使其接近传统高精度固定型检
测装置，而在检测效率方面则远超传统固定型装置。